氣液兩相流液壓抽油泵

 

抽油泵是油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中的重要裝備之一，改良抽油泵的性能可有效地提高油田的原油產(chǎn)量，從而提高油田開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。目前對(duì)抽油泵的研制工作大抵可分為以下三個(gè)方面。

 

（1）基于力學(xué)剖析，通過(guò)對(duì)靜止條件和受力條件的簡(jiǎn)化，對(duì)泵閥開(kāi)啟和下落過(guò)程進(jìn)行力學(xué)描寫(xiě)；

（2）依據(jù)消費(fèi)須要以功用設(shè)計(jì)為準(zhǔn)則，在原抽油泵構(gòu)造基本上進(jìn)行技巧革新，如防砂卡泵和防氣抽稠油泵的開(kāi)發(fā)；

（3）以鉆研抽油泵效力及其影響因素為目標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的有關(guān)測(cè)試和視察鉆研。

 

如大慶石油學(xué)院進(jìn)行的抽油泵能耗測(cè)試鉆研，采取壓力傳感器和位移傳感器丈量抽油泵進(jìn)出口壓力過(guò)程曲線、閥球壓差變更曲線以及示功圖、漏失量等。

 

目前，對(duì)改良泵性能的最基本的標(biāo)題——泵內(nèi)流場(chǎng)還無(wú)人觸及。對(duì)于泵閥靜止法則、泵內(nèi)構(gòu)造的公允性論證及其改良等標(biāo)題處理的癥結(jié)因素是泵內(nèi)的流場(chǎng)狀況，所以鉆研泵內(nèi)流場(chǎng)尤其是混相流流場(chǎng)是改良抽油泵性能的癥結(jié)所在。隨著PIV（粒子成像測(cè)速）技巧、LDV（激光多普勒液流速度計(jì)）技巧及超聲波技巧的日趨成熟，人們可以應(yīng)用這些先進(jìn)的流場(chǎng)測(cè)試技巧在不攪擾流場(chǎng)的狀況下到達(dá)測(cè)定的高精度，在加拿大已有運(yùn)用這些先進(jìn)技巧鉆研抽油泵流場(chǎng)的實(shí)例，但未見(jiàn)有關(guān)效果的宣布。因此，應(yīng)用PIV等先進(jìn)技巧對(duì)抽油泵內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行鉆研以改良抽油泵的構(gòu)造是今后展開(kāi)的小氣向。鑒于此，石油大學(xué)（北京）陸地工程鉆研室展開(kāi)了抽油泵內(nèi)流場(chǎng)可視化鉆研，因?yàn)檫@方面尚無(wú)先例可循，規(guī)劃先從實(shí)驗(yàn)著手，實(shí)際與實(shí)際并舉。

 

抽油泵模仿實(shí)驗(yàn)安裝設(shè)計(jì)思緒

 

抽油泵在井下的工作介質(zhì)不是單相的，故對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作的抽油泵泵腔內(nèi)流場(chǎng)的實(shí)際測(cè)試對(duì)比艱難。為了節(jié)儉時(shí)光和資金，又能測(cè)試個(gè)別狀況下抽油泵泵腔內(nèi)流場(chǎng)狀況，必需使抽油泵模仿實(shí)驗(yàn)安裝具備氣源和液源，以及可視化鉆研條件，而且流量可調(diào)，還應(yīng)能對(duì)繁多液相和善液兩相時(shí)泵內(nèi)流場(chǎng)的特征進(jìn)行可視化視察和記載，因此全部泵腔應(yīng)是透明的。另外，因?yàn)榱鲌?chǎng)變更特征較強(qiáng)，應(yīng)有相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和處理。為視察泵沖次對(duì)流場(chǎng)的影響，抽油桿能源驅(qū)動(dòng)應(yīng)可調(diào)。

 

模仿實(shí)驗(yàn)安裝構(gòu)造設(shè)計(jì)

 

為模仿現(xiàn)場(chǎng)抽油泵的柱塞及光桿的高低往復(fù)靜止，必需抉擇適宜的能源。一種規(guī)劃是減少現(xiàn)場(chǎng)抽油泵的空中能源，即采取電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的驢頭驅(qū)動(dòng)方法。這種規(guī)劃的缺陷是造價(jià)低廉，占空中積大，不適宜于實(shí)驗(yàn)室用。另一種規(guī)劃是間接用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)繩索通過(guò)滑輪使光桿及柱塞高低靜止，但為保障均衡需配置均衡重，另外換向微電動(dòng)機(jī)的抉擇也有艱難。以上兩種規(guī)劃都無(wú)法模仿泵內(nèi)進(jìn)出口壓力，也不能調(diào)理泵流量。為處理以上標(biāo)題，筆者采取液壓掌握及氣動(dòng)掌握來(lái)實(shí)現(xiàn)能源的模仿。液壓掌握重要是實(shí)現(xiàn)柱塞的高低往復(fù)靜止和掌握進(jìn)出口壓力，氣動(dòng)掌握則掌握混相流時(shí)的進(jìn)氣。同時(shí)，液壓掌握又分為兩大局部：第一大局部是能源油缸液壓，它是重要的能源源；第二大局部是抽油泵壓力彌補(bǔ)，重要是用來(lái)掌握抽油泵進(jìn)出口壓力并為泵供油。上面分手就這三個(gè)局部加以先容。

 

1。能源油缸液壓

 

能源油缸液壓重要由能源油缸、行程開(kāi)關(guān)、二位四通電磁換向閥、溢流閥、油泵和調(diào)速閥形成，

 

1—能源油缸；2—二位四通電磁換向閥；3—調(diào)速閥；4—溢流閥；5—油泵；6、7—行程開(kāi)關(guān)

工作原理：當(dāng)能源油泵向能源油缸上端供油時(shí)，驅(qū)動(dòng)活塞向下靜止，從而帶動(dòng)光桿向下靜止，當(dāng)光桿震動(dòng)行程開(kāi)關(guān)6時(shí)，二位四通電磁換向閥換向，能源油泵開(kāi)端向能源油缸下端供油，驅(qū)動(dòng)活塞向上靜止，從而帶動(dòng)光桿向上靜止；當(dāng)光桿震動(dòng)行程開(kāi)關(guān)7時(shí)，二位四通電磁換向閥再次換向，從新開(kāi)端下一個(gè)沖程。調(diào)速閥可以調(diào)理活塞靜止速度，從而來(lái)轉(zhuǎn)變沖次，溢流閥則可調(diào)理能源油缸內(nèi)的壓力，轉(zhuǎn)變柱塞驅(qū)能源。

 

2。抽油泵壓力彌補(bǔ)

 

抽油泵壓力彌補(bǔ)重要由油箱、油泵、次序閥、蓄能器、抽油泵、壓力表、壓力油箱和溢流閥組成，

工作原理：油泵一直處于工作狀況，溢流閥則調(diào)理到肯定壓力，當(dāng)抽油泵進(jìn)出口壓力超越調(diào)理壓力時(shí)，溢流閥溢流，出口壓力下降；當(dāng)出口壓力過(guò)低時(shí)，油泵向壓力油箱注油，從而使出口壓力回升至調(diào)理壓力。兩個(gè)蓄能器的作用是防止抽油泵進(jìn)出口壓力的猛烈動(dòng)搖，保障抽油泵的進(jìn)出口壓力到達(dá)工況請(qǐng)求。

 

3。氣動(dòng)掌握

 

氣動(dòng)掌握由氣泵、氣體流量計(jì)、電磁開(kāi)關(guān)、單向閥和行程開(kāi)關(guān)組成，

工作原理：當(dāng)抽油泵做上沖程靜止時(shí)，電磁開(kāi)關(guān)關(guān)上，氣體通過(guò)單向閥進(jìn)進(jìn)抽油泵，當(dāng)光桿接觸到上行程開(kāi)關(guān)時(shí)，電磁開(kāi)關(guān)關(guān)閉，氣路不通，這時(shí)抽油泵做下沖程靜止。當(dāng)光桿再次接觸上行程開(kāi)關(guān)時(shí)，電磁開(kāi)關(guān)關(guān)上，氣路守舊，再次向抽油泵內(nèi)供氣。

 

模仿實(shí)驗(yàn)安裝的特征

 

模仿實(shí)驗(yàn)安裝分為兩大局部：第一大局部是單相流實(shí)驗(yàn)安裝，重要由能源油缸、有機(jī)玻璃泵筒及柱塞、液壓掌握組成，是抽油泵模仿實(shí)驗(yàn)安裝的中心局部，其最突出的特征在于應(yīng)用液壓掌握帶動(dòng)柱塞做高低往復(fù)靜止，具備行程穩(wěn)固、換向敏捷、模仿井下工況齊備等特征，能對(duì)比實(shí)在地模仿井下的各種工況及抽油泵內(nèi)液體的靜止?fàn)顩r。第二大局部是混相流實(shí)驗(yàn)安裝，重要由氣泵、氣體流量計(jì)、電磁開(kāi)關(guān)及水箱組成。這套混相流安裝的特征在于簡(jiǎn)樸易行，功用絕對(duì)完美，可以模仿不同的油氣比，而且進(jìn)氣完整由行程開(kāi)關(guān)帶動(dòng)的電磁開(kāi)關(guān)掌握，可以對(duì)比實(shí)在地模仿井下的各種工況。另外，為便于視察和測(cè)試，柱塞和泵筒用有機(jī)玻璃制成，從而到達(dá)了應(yīng)用本實(shí)驗(yàn)安裝視察、測(cè)試泵內(nèi)流場(chǎng)的目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)安裝是經(jīng)過(guò)不同規(guī)劃的優(yōu)化論證終極選定的，構(gòu)造輕盈，功用齊備，掌握簡(jiǎn)樸牢靠，把持不便，可以很好地模仿抽油泵的運(yùn)行及泵內(nèi)的各種工況。這套實(shí)驗(yàn)安裝是具備翻新特征的模仿抽油泵實(shí)驗(yàn)安裝，與海內(nèi)外同類模仿安裝相比，無(wú)論在造價(jià)上還是綜合性能上都有其奇特之處。

 

為了在不攪擾流場(chǎng)的狀況下，能定量實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)的瞬態(tài)丈量，并能給出立體流場(chǎng)的速度矢量圖、旋度場(chǎng)等提醒流場(chǎng)瞬態(tài)靜止構(gòu)造的圖象處理后果，采取了粒子成像測(cè)速（PIV）技巧。粒子成像測(cè)速技巧具備丈量精度高、空間分手率高和靜態(tài)響應(yīng)快等特征，是目前丈量龐雜流場(chǎng)較先進(jìn)的技巧。它可以解凍某一時(shí)刻的流場(chǎng)靜止?fàn)顩r，從而提醒出隱躲的湍流靜止構(gòu)造。丈量后果具備足夠的精度，可以從一個(gè)矢量中減往大的平均速度，因此可以分手給出平均速度、脈動(dòng)速度、漩渦等片面反應(yīng)流場(chǎng)狀況的靜止參數(shù)，這是熱線熱膜法以及LDV等測(cè)試技巧所不具備的。